Roztočíme-li ruletu, náhoda určí, zda padne červená nebo černá. Náhoda? Možná, že ve skutečnosti se náš svět rozdělí a paralelně existuje v podobách, které odpovídají všem možným výsledkům. S takovou interpretací světa čím dál častěji pracují například fyzikové zkoumající možnosti kvantových počítačů. Máte-li chuť na krátkou prázdninovou exkurzi do mnoha světů, račte vstoupit.
Na náhodu se můžeme snažit vyzrát: často je to ve skutečnosti jen neznalost přesných podmínek a sil, které způsobí konečný výsledek. Kdybychom dokonale změřili vlastnosti roztočeného kola i pohyb ruky vhazující kuličku a uměli rychle počítat, třeba bychom dokázali vždy vsadit na správný výsledek... Je ale náhoda opravdu jen naše neznalost? Moderní fyzika zná situace, kdy sebelepší znalost výchozí situace nemůže pomoci předpovědět výsledek. Příkladem může být jediný radioaktivní atom – žádná informace o něm nám nepomůže předpovědět, zda se během příští minuty rozpadne či nikoliv. Anebo foton – částečka světla, které dáme do cesty polopropustné zrcátko: jen náhoda určí, zda se odrazí nebo projde.
Měl bych být přesnější a říct, že náhodný bude až výsledek případného měření: zda bude foton detekován před anebo za zrcadlem, či zda bude detekován původní anebo rozpadlý atom. Než totiž někdo provede měření, existují obě možnosti zároveň. Foton před i za zrcadlem, například. To nám říkají učebnice kvantové fyziky a používají k tomu učený termín „superpozice“. Že se foton nachází v nějaké superpozici se dá ověřit například pomocí dalšího polopropustného zrcátka: od něj se bude odrážet podle zcela jiných pravidel, než by činil, pokud by v superpozici nebyl. Zároveň před i za – to je těžko představitelné, ale může to být ještě horší.
Superpozici viděl jako problém i jeden z otců kvantové fyziky Erwin Schrödinger již ve třicátých letech minulého století. Může-li být atom v superpozici jako rozpadlý i nerozpadlý zároveň, vede to k podivným závěrům. Dejme radioaktivní atom do bedny spolu s detektorem napojeným na spouštěcí mechanismus, který může rozbít ampuli s jedem. Přidejme do bedny živou kočku a chvíli počkejme... Po době odpovídající poločasu rozpadu atomu bude v bedně superpozice dvou stavů – nerozpadlý atom spolu s nenarušenou ampulí a živá kočka, a zároveň stav s rozpadlým atomem, rozbitou ampulí a mrtvá kočka. To ale jen do té chvíle, než někdo nahlédne dovnitř – při měření systém „zkolabuje“ do jednoho ze svých „normálních“ stavů. Do kterého, je opět jen otázkou náhody a z principu neexistuje možnost výsledek předpovědět.
Že by se náš svět měl řídit takovýmito pravidly, není snadno stravitelné. Sám Schrödinger uvažoval, že s jeho teorií nebude něco v pořádku. Proč se mají věci chovat jinak, když se někdo dívá a jinak, když jsou nechány samy sobě? Copak i sám pozorovatel není složen z atomů a neměl by podléhat zákonům kvantové fyziky? Otázka superpozic se stává stále aktuálnější, když se dnes fyzikové snaží postavit kvantový počítač. Ten by měl využít existence mnoha stavů zároveň – namísto jednoho čísla v jednom registru by jich tam bylo zároveň obrovské množství. Kvantový počítač by pak měl zvládnout některé výpočty podstatně rychleji než dnešní počítače. Příkladem je luštění kryptografických kódů – zvláště proto se poslední dobou věnuje kvantové informatice velká pozornost.
S udržením neporušených superpozic je ale problém – systém je třeba velmi pečlivě izolovat od vlivu okolí. Bedny se Schrödingerovou kočkou by se neměl dotknout ani jediný foton, jinak by se superpozice uvnitř mohla zhroutit. Ze stejného důvodu dnešní kvantové „počítače“ pracují jen na několika málo bitech. Větší stroje jsou zatím příliš křehké vůči vnějším vlivům.
Vraťme se ale k otázce, co se vlastně děje, když foton v superpozici pozorujeme a jeho stav se hroutí do náhodného výsledného stavu. Odkud se ta náhoda bere? Před padesáti lety přišel americký fyzik Hugh Everett s poněkud extravagantní teorií: žádná náhoda neexistuje, to sám pozorovatel se dostává do superpozice mnoha stavů. Vezmeme-li detektor a pokusíme-li se zjistit, zda se foton odrazil nebo zda je za zrcátkem, dostaneme jednu ze dvou možných odpovědí. Ve skutečnosti se ale běh světa rozdělil do dvou paralelních kolejí a v každé z nich vypadá výsledek jinak. Svět se tak neustále větví pokaždé, když nastává situace, kde podle nás hlavní roli hraje náhoda. Sem tam se větve paralelních světů mohou setkat. Experimentátoři pak pozorují jev, kterému říkají interference. Fotony třeba začnou pravidelně dopadat na místa tvořící zajímavé obrazce, nebo kvantový počítač ohlásí správný výsledek zadané úlohy. Ačkoliv Everettovu interpretaci kvantové fyziky dlouho většina vědecké komunity nebrala příliš vážně, nebyl v ní nalezen žádný logický rozpor a dnes ji pro její eleganci používá stále více fyziků. Zvláštní oblibě se těší právě u kvantových informatiků, jejichž kvantové počítače mohou pracovat jen za předpokladu, že udrží v superpozici mnoho stavů zároveň. Proč by pak vlastně celý náš vesmír nemohl být považován za jeden velký kvantový počítač?
Když budete mít smůlu v ruletě, můžete třeba v duchu pogratulovat svému dvojníkovi v jednom z paralelních světů, že právě vyhrál velký balík. Nebo se můžete těšit zrovna z té větve světa, která prošla sérií neuvěřitelných „náhod“ až k nám-zvědavým divákům. A já se asi zítra půjdu s chutí podívat ke svým kolegům vedle v laboratoři, jak se jim pomocí zrcátek či optických vláken daří znovu spojovat rozeběhlé paralelní světy a pozorovat nějaké zajímavé interference.
